Vollautomatischer, fahrerloser Containerumschlag

© Siemens AG 2015
Referenz
Industrielle Kommunikation
Wie von Geisterhand
Zuverlässigkeit durch drahtlose Kommunikation
Der Weltmarkt verzeichnete seit Jahren einen enormen Anstieg des Container- und Massengutverkehrs und
ebenso des Umschlagvolumens in nahezu allen Häfen. Um erfolgreich mitwachsen zu können, setzt Deutschlands
größtes Unternehmen der Seeverkehrswirtschaft auf Industrial Wireless Communication: den Containertransport
übernehmen 84 funkgesteuerte Automated Guided Vehicles in einem vollautomatisierten Bereich.
Die Hamburger Hafen und Logistik AG (HHLA), die bereits
mehr als 120 Jahre im Hamburger Hafen tätig ist, arbeitet
auf einem der größten Weltcontainerhäfen. Ihre hochleistungsfähigen Containerterminals machen den Hamburger
Hafen zu einer internationalen, modernen und effizienten
Logistikdrehscheibe.
Die Dreh- und Angelpunkte im Seeverkehr sind die sogenannten Containerterminals, von denen die HHLA drei im
Hamburger Hafen betreibt. Hier erfolgt der Containerumschlag zwischen den großen Seeschiffen der Hauptstrecken,
den kleineren Zubringerschiffen (Feeder) für die Feinverteilung und den Binnenschiffen. Auch der Umschlag
auf bzw. Weitertransport über LKW oder Bahn ist in den
Terminals der HHLA integriert.
Der Container Terminal Altenwerder (CTA) ist einer der
Terminals der HHLA. Es zählt auch mehrere Jahre nach seiner
Inbetriebnahme zu den modernsten Terminals der Welt –
nicht zuletzt durch das hochleistungsfähige, fahrerlose
Transportsystem, das sogenannte Automated Guided
Vehicles (AGVs) sowie Betriebssoftware umfasst und den
Containertransport zwischen Schiff und Zwischenlager
vereinfacht und sicherstellt. Zwischenlager, die bei der CTA
als Blocklager aufgebaut sind, ermöglichen die Pufferung
der Container, bevor diese weitertransportiert werden.
Mit 500 Mitarbeitern arbeitet der CTA rund um die Uhr.
Gemeinsam mit der Gottwald Port Technology GmbH
(kurz: Gottwald) aus Düsseldorf hat der CTA die erfolgreiche
Implementierung des fahrerlosen Transportsystems durchgeführt. Gegründet vor über 100 Jahren, konzentriert sich
die Gottwald Port Technology GmbH – ein Tochterunternehmen der börsennotierten Demag Cranes AG – heutzutage
auf Produkte und Systeme für den Güterumschlag in Häfen
und Terminals.
siemens.de/iwlan
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Innovativ: Die fahrerlosen Transportfahrzeuge, ausgestattet mit
IWLAN von Siemens für störsicheren Datenverkehr per Funk, nehmen
die Container wasserseitig von den Containerbrücken entgegen.
Einzelne dieser Hauptmasten haben einen montierten Schaltschrank
mit dem Access Point SCALANCE W788-1PRO zum Aufbau des störungsunempfindlichen IWLAN-Funkfeldes.
Die Herausforderung – Fahrerloser Containertransport
Eine Herausforderung war zusätzlich die Koordinierung der
Fahrzeuge untereinander bei einer Geschwindigkeit von 6 m/s
(im Kurvenbereich 3 m/s) und einer Traglast von maximal
60 Tonnen. Dr. Mohammad Ahmadian, Projektleiter bei
Gottwald erläutert: „Die besondere Herausforderung hierbei
war, in einem lebendigen System, d. h. in einem System, das
sich in der Produktion befand, das Funksystem zu wechseln
bzw. beide Systeme parallel laufen zu lassen.“
Zwei Jahre, nachdem der Container Terminal Altenwerder
seinen Betrieb anno 2002 aufgenommen hat, bestand die
Anforderung, das bisher genutzte, störanfällige Funksystem
für die fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF, englisch:
Automated Guided Vehicle, AGV) auf ein leistungsfähigeres
und stabiles Funksystem umzurüsten. Wie alle im Hafen
eingesetzten Komponenten musste auch die neue Technik
höchste Ansprüche der Hafentauglichkeit erfüllen. Das neue
System sollte 100 Prozent Verfügbarkeit bieten, trotz rauer
Bedingungen wie Wind und Wetter, Umgebungsluft mit
hohem Salzgehalt, Temperaturunterschieden von bis zu 75 °C
und starken Erschütterungen wegen Bodenunebenheiten.
Eine besondere Anforderung an das Funksystem war darüber
hinaus die Vermeidung von Funkausfällen durch Störquellen,
wie sie erfahrungsgemäß verstärkt im Hafenbereich auftreten.
Auch bestand die Problematik der Überschneidung mit einem
weiteren, unabhängigen Funksystem, welches im Hinterland
(Verladebereich für LKW und Schiene) die drahtlose Kommunikation zu den Zugmaschinen (manuell betriebene Fahrzeuge für den Containertransport zu den Zügen) ermöglicht.
Die Grafik zeigt einen Ausschnitt der Automatikfläche des Terminals
und den Containertransport. Rechts daneben ist der Aufbau der
Übertragungstechnik im Detail eingeblendet.
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Industrial Wireless LAN
Die Lösung – „Es funkt“
und zwar 100 Prozent zuverlässig
Anfängliche Tests bestätigten schon bald, dass die eingesetzte
IWLAN1)-Technik von Siemens dem bisherigen System in
puncto Zuverlässigkeit weit überlegen war: „Schon sehr bald
nach der ersten Testinstallation zeigte sich, dass das neue
System keine messbaren Störungen hatte und höhere Datenraten erzielte“, so Dr. Ahmadian.
Es folgte die stufenweise Umrüstung des Systems auf mittlerweile 84 AGVs, von denen ein Teil diesel-elektrisch und ein
Teil diesel-hydraulisch angetrieben werden. Die Fahrzeuge
befahren – völlig selbstständig und fahrerlos – eine Fläche
von 1,4 km Länge und 100 m Tiefe. Die Kommunikation mit
den AGVs erfolgt drahtlos über Industrial Wireless LAN. Dazu
wurden an mehreren Hauptmasten in der Nähe der Automatikfläche 13 Access Points der Baureihe SCALANCE W in
einem Schaltschrank montiert. Links und rechts davon steht
jeweils ein Nebenmast, an dem eine oder mehrere Antennen
die Funkausleuchtung sicherstellen. Dr. Ahmadian zeigt sich
erfreut: „Mit den 13 Access Points – teilweise Dual Access
Points – ist man in der Lage, die Fläche redundant auszuleuchten, sodass der Betrieb sicher weiterlaufen kann, selbst
wenn die Hälfte der Access Points ausfallen würde.“ In jedem
Fahrzeug wird jeweils ein IWLAN Client Module vom Typ
SCALANCE W eingesetzt.
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Ausgeklügeltes System
Die Fahrzeuge orientieren sich an in der Fahrbahn eingelassenen Marken (Transpondern), die jeweils im System
mit eindeutigen x- und y-Koordinaten erfasst sind. Diese
befinden sich in regelmäßigen Abständen im Boden. Von
diesen Transpondern erhält das AGV seine Orientierungsdaten
und routet mit Hilfe einer Rad- und Abstandsmessung vollkommen selbstständig vom Quellort zum Zielort. Die Gegenstücke sind unten am Fahrzeug die Transponder-Antennen,
sogenannte Großflächenantennen. Das Fahrzeug gibt die
Energie in den Boden, die Spule nimmt diese auf und sendet
dann die Kennung der beiden Koordinaten zurück an das
Fahrzeug. Sie werden nicht für die Navigation benötigt, nur
zur Orientierung und Korrektur der Fahrstrecke, die durch
äußere Einflüsse, wie Wind, Bodenwellen und unterschiedlicher Gewichte im Container permanent eine Abweichung
erfährt.
Die Navigation dagegen erfolgt über die Steuerungssoftware
von Gottwald und wird durch einen imaginär festgesteckten
Bereich (Claim) erreicht, der sich vor jedem der Fahrzeuge
befindet und von keinem anderen Fahrzeug verletzt werden
darf.
Im Servicefall kann ein Mechaniker den Automatikbereich
betreten, ohne dass die Anlage komplett gestoppt wird. Dafür
werden kurzfristig spezielle „Sperrflächen“ systemisch eingerichtet. Diese Information wird durch das IWLAN-System von
Siemens gesichert an die Fahrzeuge übertragen, sodass diese
nicht mehr innerhalb einer „Sperrfläche“ fahren.
Boris Wulff, Terminalentwicklung vom CTA, betont die optimale Sicherheit des Terminals: „Der CTA ist auch unter dem
Aspekt der Sicherheit ein sehr vorbildliches Terminal. Das liegt
zum großen Teil daran, dass wir ein Automatikterminal sind.
Und in diesen Automatikbereich hat kein Unbefugter Zutritt.“
Verletzungen von Personen werden damit von vornherein
vermieden. Wenn ein Fahrzeug sich innerhalb einer gewissen
Zeit nicht meldet bzw. keine Signale von der Zentrale bekommt, hat das Fahrzeug zu stoppen.
Zertifizierungssystem
Der CTA hat sich 2008 nach dem Container Terminal Quality
Indicator (CTQI) zertifizieren lassen, um den kontinuierlichen
Abwicklungsprozess des Terminals aufzuzeigen und sein
Qualitätsmanagement zu verbessern. Dank einheitlicher
externer Bewertung sollen damit die Effizienz der Terminals
weiter gesteigert sowie die von Kunden und lokalen Behörden
geforderten Qualitätsstandards nachgewiesen werden.
Zuverlässiges Funkfeld
In den Vergleichstests glänzt der CTA durch hohe Umschlaggeschwindigkeit und Gesamteffektivität. Für die Branche
wichtige Leistungsindikatoren, wie „Flächenproduktivität“,
„Kaimauerproduktivität“ oder „Mitarbeiterproduktivität“
erreichen Spitzenwerte. Sie liegen um den Faktor 1,5 bis
zwei über den Werten konventioneller Containerterminals.
Das funktechnische Gegenstück befindet sich im Fahrzeug, der
SCALANCE W744-1PRO, der als Client Module fungiert (rechts).
Das Bild zeigt auch die Gottwald-Steuerung im Fahrzeug (vorne).
Sicherheit ist groß geschrieben
Der Automatikbereich, sowohl für die fahrerlosen Transportfahrzeuge, als auch für die schienengebundenen Lagerkrane,
kurz RMG (Rail Mounted Gantry), ist von einem Sicherheitszaun umgeben. Betritt eine Person unautorisiert den Bereich,
wird die gesamte Anlage sofort stillgesetzt.
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Gemäß Boris Wulff von dem CTA ist der Umschlag (seit der
Einführung der neuen Technik) deutlich effizienter geworden:
„Nahezu alle Bewegungen, die wir hier machen, sind automatische Bewegungen und diese laufen nach kontinuierlichen
Prozessen, nach kontinuierlichen Bremskurven ab. Das heißt,
wir gehen sehr vorsichtig mit den Containern um und mindern damit die Gefahr, dass wir die Ware im Container
beschädigen. Zudem ist es ein sehr zuverlässiges System, was
bei jedem Wind, bei jedem Wetter einsetzbar ist. Wenn dieses
System ausfiele, z. B. aufgrund eines Netzwerkfehlers, dann
wäre das desaströs, in dem Moment stünde die komplette
Schiffsabfertigung. Der Ausfall eines Krans oder einer Containerbrücke ist zu verkraften. Nicht so, würde das IWLAN des
AGV-Systems ausfallen, in diesem Moment stünden alle Fahrzeuge still. Aus diesem Grund sind wir mit dem zuverlässigen
Netzwerk, das wir mit der IWLAN-Technik von Siemens haben,
sehr zufrieden.“
Vgl. Hamburger Hafen und Logistik AG (Hrsg.): HHLA Magazin – Die HHLA auf einen Blick. In: URL: www.hhla.de/publikationen. Juni 2007
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Dr. Ahmadian von Gottwald ergänzt: „Die Vorteile des IWLANSystems sind sowohl die hohe Verfügbarkeit als auch die
Robustheit und damit verbunden die Wirtschaftlichkeit des
Systems – deshalb hat der Kunde zugestimmt, dieses System
von Siemens einzusetzen.
Neben den durch die hohe Zuverlässigkeit gegebenen Vorteilen stehen auch Kostenvorteile im Vordergrund. Konventionelle Terminals setzen sogenannte „Van Carrier“ oder
„Straddle Carrier“ ein, das sind hochbeinige Geräte auf acht
Rädern (Hubportalwagen). Für die AGVs dagegen reichen vier
Räder. Dadurch lassen sich deutlich Material- und Verschleißkosten reduzieren. Zusätzlich nutzen Straddle Carrier zum
Aufnehmen der Container „Spreader“ (Hebezeuge), die
serviceintensiv sind. AGVs haben solche Spreader nicht. Hieraus ergibt sich ein großer Servicevorteil. Auch wird gegenüber
den herkömmlichen Geräten deutlich weniger Masse bewegt,
d. h. die AGVs verbrauchen signifikant weniger Energie bei
einem Gewicht von 25 Tonnen pro AGV.
Ausblick
Dr. Ahmadian freut sich über die gute Zusammenarbeit mit
Siemens: „Das lief hervorragend! Wir konnten unsere Wünsche
jederzeit äußern und diese Wünsche wurden in der Entwicklungsabteilung von Siemens direkt aufgenommen und realisiert! Daher war auch hier bei CTA so ein schneller Erfolg
möglich.“
Die Gottwald Port Technology GmbH ist bereits in Gesprächen
mit weiteren Kunden, um das System zukünftig auch in
anderen Hafenapplikationen einzusetzen: „Wegen der guten
Erfahrungen, die wir hier mit dem Siemens-IWLAN-System
gemacht haben, würden wir dieses für zukünftige Projekte
weltweit empfehlen und einsetzen“, so Dr. Ahmadian.
Siemens AG
Process Industries and Drives
Process Automation
Postfach 48 48
90026 NÜRNBERG
DEUTSCHLAND
www.siemens.de/iwlan
Änderungen vorbehalten
PDF
Referenz 021/10 De
DR.PN.PA15.XXXX.95.11
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Das Besondere am Container Terminal Altenwerder
ist dessen automatisierte Terminalstruktur
Weltweit nur selten zu finden, erfolgt im Container
Terminal Altenwerder das Be- und Entladen (Löschen)
eines Schiffes über 110 m große, bemannte Kräne –
sogenannte Großcontainerbrücken – die mit zwei Lastkatzen betrieben werden. Diese fungieren als Laufwagen für die Lastaufnahme am Kranausleger und
haben eine Tragfähigkeit von 70 t. Beim Löschen eines
Schiffes greift die Hauptkatze jeweils einen Container
vom Schiff und stellt ihn innerhalb der Containerbrücke auf eine sog. Laschplattform. Hier wird der
Container für das weitere Handling vorbereitet,
beispielsweise durch Entfernen der Verriegelungen
(Twistlocks), mit denen die Container an Deck untereinander verbunden waren. Nach dem „Einchecken“
des Containers wird ein vollautomatischer Prozess in
Gang gesetzt: Eine Portalkatze greift sich den Container vom Laschbock und fährt ihn in den hinteren
Bereich der Brücke, wo eine Automatikfläche für das
fahrerlose Transportsystem anschließt. Dort wird der
Container auf einem der AGVs abgesetzt, einem vierrädigen Fahrzeug mit Aufnahmeplattform, das in
Größe und Form einem LKW-Auflieger ohne Fahrerhaus ähnelt. Das Fahrzeug erhält über ein SoftwareSystem eine Routenfindung und transportiert den
Container in einen entsprechenden Lagerblock.
Nun wird der Container einem ebenfalls vollautomatischen, schienengebundenen Lagerkran, kurz
RMG (Rail Mounted Gantry) übergeben und eingelagert. Das Lagerblocksystem besteht aus 26 Lagerblöcken mit je zwei Kranen, also insgesamt 52 Kranen.
Durch ihre unterschiedliche Größe können sie sich
gegenseitig passieren. Die Einlagerung erfolgt dann
nach zeitoptimierten Kriterien, sodass später beim
anschließenden Weiterverladen der Container keiner
mühsam „hervorgegraben“ werden muss.
Die Informationen in dieser Broschüre enthalten Beschreibungen bzw.
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